Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН (Москва, Россия)

И. П. Лян, канд. техн. наук, lyanilyaimash@yandex.ru
Г. Я. Пановко, докт. техн. наук, профессор, gpanovko@yandex.ru
А. Е. Шохин, канд. техн. наук, shohinsn@mail.ru

Политехнический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова» (Мирный, Россия)
И. В. Зырянов, докт. техн. наук, профессор, zyryanoviv@inbox.ru

Рассматриваются вибрационные технологические процессы и машины, используемые в горнодобывающей отрасли для транспортирования, дробления, измельчения и классификации полезных ископаемых. Отмечается высокая энергоемкость таких машин при эксплуатации в зарезонансных режимах, что связано с необходимостью применения приводных электродвигателей с избыточной установленной мощностью. Для повышения энергоэффективности вибромашин предложено использовать резонансный режим возбуждения колебаний рабочего органа. Рассмотрены основные проблемы реализации резонансного режима в колебательных системах с переменной массой обрабатываемого материала, включая изменение условий самосинхронизации вибровозбудителей и влияние движения сыпучей среды на динамику рабочего органа. Предложен подход к автоматизированному управлению колебаниями рабочего органа на основе контроля фазового сдвига между возмущающей силой и колебаниями рабочего органа. Для учета взаимодействия рабочего органа с гранулированным материалом использована математическая модель, объединяющая описание сыпучей среды методом дискретных элементов, модель упруго закрепленного рабочего органа и модель дебалансного вибровозбудителя с асинхронным электродвигателем. Представлены результаты математического моделирования динамики вибромашины совместно с обрабатываемым материалом и натурных испытаний макетного образца. Показано, что использование резонансных колебаний позволяет снизить энергопотребление до 30 % по сравнению с зарезонансным режимом.
Работа выполнена за счет средств Государственного задания, код научной темы FFGU-2024-0018.

1. Вайсберг Л. А., Устинов И. Д. Современное оборудование для обогащения минерального сырья // Маркшейдерия и недропользование. 2014. № 5. С. 25–29.
2. Блехман И. И. Теория вибрационных процессов и устройств. Вибрационная механика и вибрационная техника. – СПб.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2013. – 640 с.
3. Makinde O. A., Ramatsetse B. I., Mpofu K. Review of vibrating screen development trends: Linking the past and the future in mining machinery industries // International Journal of Mineral Processing. 2015. Vol. 15. pp. 17–22.
4. Kong X., Zhang X., Chen X., Wen B., Wang B. Phase and speed synchronization control of four eccentric rotors driven by induction motors in a linear vibratory feeder with unknown time-varying load torques using adaptive sliding mode control algorithm // Journal of Sound and Vibration. 2016. Vol. 370. pp. 23–42.
5. Zhang X., Zhang Xu, Hu W., Zhang W., Chen W., Wang Z., Wen B. Theoretical, numerical and experimental studies on multicycle synchronization of two pairs of reversed rotating exciters // Mechanical Systems and Signal Processing. 2022. Vol. 167, Pt. A. 108501.
6. Блехман И. И., Вайсберг Л. А. Явление самосинхронизации неуравновешенных роторов и его использование при создании грохотов и других вибрационных машин // Обогащение руд. 2001. № 1. С. 20–26.
7. Андриевский Б. Р., Бушуев Д. А., Зайцева Ю. С. Управление режимом работы вибрационных машин с использованием виртуальной модели // Обогащение руд. 2025. № 5. С. 35–38.
8. Блехман И. И., Блехман Л. И., Вайсберг Л. А., Васильков В. Б. Энергозатраты в вибрационных транспортно-технологических машинах // Обогащение руд. 2019. № 1. С. 18–27.
9. Fradkov A. L., Tomchina O. P., Tomchin D. A. Controlled passage through resonance in mechanical systems // Journal of Sound and Vibration. 2011. Vol. 330, Iss. 6. pp. 1065–1073.
10. Лян И. П., Пановко Г. Я. Сравнительная оценка энергоэффективности вибрационных машин при обработке сыпучей среды с различным гранулометрическим составом // Машиностроение и инженерное образование. 2025. № 4. С. 22–31.
11. Lyan I. P., Panovko G. Ya., Shokhin A. E. Maintaining resonant modes of vibration transport and production machines with unbalance vibration exciters // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2023. Vol. 52, Iss. 5. pp. 422–431.
12. Пановко Г. Я., Шохин А. Е. Экспериментальный анализ динамики нелинейной колебательной системы с самосинхронизирующимися вибровозбудителями при взаимодействии с сыпучим материалом // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2024. № 5. С. 74–83.
13. Сизиков В. С. Исследование процесса транспортирования сыпучей среды вибрационным подъемником трубчатого типа // Прикладная механика и техническая физика. 2025. № 6. С. 190–203.
14. Блехман Л. И., Васильков В. Б. О моделировании поведения сыпучей среды при вибрационном воздействии // Обогащение руд. 2022. № 3. С. 35–39.
15. Блехман И. И., Блехман Л. И., Васильков В. Б. К оценке скорости вибрационного транспортирования // Обогащение руд. 2020. № 4. С. 21–26.
16. Wang Z., Wu J., Kou Z., Zhang Y., Liu C. Dynamic characteristics analysis of a novel vibrating screen based on electromechanical coupling simulation // Journal of Vibroengineering. 2023. Vol. 25, Iss. 4. pp. 667–682.
17. Горлатов Д. В., Свенцицкая Т. А., Токарева О. И., Томчин Д. А. Управление синхронизацией для виброустановки с неидентичными роторами при учете погрешностей измерений // Информатика и системы управления. 2024. № 4. С. 130–143.
18. Вайсберг Л. А., Демидов И. В., Иванов К. С. Механика сыпучих сред при вибрационных воздействиях: методы описания и математического моделирования // Обогащение руд. 2015. № 4. C. 21–31.
19. Cundall P. A., Strack O. D. L. A discrete numerical model for granular assemblies // Géotechnique. 1979. Vol. 29, Iss. 1. pp. 47–65.
20. Elskamp F., Kruggel-Emden H. Review and benchmarking of process models for batch screening based on discrete element simulations // Advanced Powder Technology. 2015. Vol. 26. Iss. 3. pp. 679–697.
21. Ogunmodimu O. O. S., Mainza A. N., Govender I., Franzidis J.-P. Granular flow dynamics on vibrating screens: A mechanistic study // Minerals Engineering. 2025. Vol. 228. 109337.
22. Chen Y., Zhang X., Wang B. A measuring method of gravel’s coefficient of restitution and discussion // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 142. 02012.